CN114475729B - 一种磁悬浮列车自主运算移动授权方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的磁悬浮列车自主运算移动授权方法、系统，对传统信号系统进行功能分配，减少轨旁设备，降低中低速磁悬浮信号系统建设及后期运营维护成本；减少了通信延迟，提高了系统响应速度；根据磁浮线路运营特点及环境特点，选用固定闭塞制式，减少磁浮环境对列车定位精度不利影响，提高系统可用性；列车自主计算移动授权，由传统的集中控制向分散控制转变，降低单点故障对系统影响，从而提高系统可用性；改变了传统系统车载设备需根据ZC移动授权中障碍物状态结合列车自身包络位置，调整防护点的缺陷，本发明在车载设备中集中处理所有移动授权相关信息，避免通信延迟造成的干扰，增加对障碍物防护判断的准确性，提高系统可用性。
Description
技术领域
本发明属于列车控制领域，特别涉及一种磁悬浮列车自主运算移动授权方法、系统。
背景技术
国内中低速磁浮线路现有的移动授权运算方法采用地铁线路通用传统的基于通信的列车自动控制系统(CBTC系统、Communication Based Train Control System)作为列车信号控制系统，传统的CBTC系统采用感应通信或无线通信技术，实现车-地间双向、大容量的信息传输，实现移动闭塞制式。传统的CBTC信号系统由中心设备\列车自动监督设备(ATS，Automatic Train Supervision)、地面设备(CBI-计算机联锁-Computer BasedInterlocking、ZC-区域控制器-Zone Controller)、轨旁设备(计轴、信号机、应答器等)和车载设备四部分组成。传统的CBTC系统的结构如图1所示。
传统的CBTC系统通过车载设备(VOBC-Vehicle On-Board Controller-车载控制器)和地面设备实时交互车辆和地面数据，实现列车的安全运行。ZC作为控制中心，计算辖区内所有列车的移动授权(Movement Authority,MA)；VOBC作为车载控制器，向ZC周期性汇报车辆当前运行状态，并根据ZC下达的移动授权计算列车控速曲线。其特点为列车定位精度高、移动闭塞缩小行车间隔，实现自动调度管理等，该系统采用逻辑严谨的控车原理保证了列车运行的高效与安全。现有技术中存在的缺点：未考虑中低速磁浮密度较低的实际运营需求，导致系统建设成本较大；系统设备复杂，地面和轨旁设备数量多，导致运营维护成本高昂；系统接口复杂，各设备接口信息交互数据多，因磁浮环境干扰较强，导致系统稳定性差；基于串行结构的系统架构、基于车-地-车的控制模式增加了通信传输环节，导致增加了反应时间，降低了系统性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种磁悬浮列车自主运算移动授权方法，所述方法包括：
列车自动监督设备将运营计划信息发送给车载设备，并将进路信息发送给安全控制器；
安全控制器接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；
车载设备根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权。
进一步的，车载设备计算列车移动授权包括以下步骤：
确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，
则向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
进一步的，确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络前还包括：确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点。
进一步的，所述危险点包括占用类危险点、阻挡类危险点。
进一步的，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，包括：确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并；通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
进一步的，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件还包括对接收的输入信息进行融合并校验；所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息。
本发明还提供一种磁悬浮列车自主运算移动授权系统，所述系统包括列车自动监督设备、安全控制器、车载设备；
列车自动监督设备，用于将运营计划信息发送给车载设备，还用于将进路信息发送给安全控制器；
安全控制器，用于接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；
车载设备，用于根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权。
进一步的，车载设备包括移动授权计算单元，所述移动授权计算单元用于根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权；
所述运营计划信息包括列车信息、线路信息；所述轨旁设备状态信息包括区段信息、道岔信息、障碍物信息。
进一步的，移动授权计算单元包括包络确定模块、紧急制动模块，
包络确定模块，用于确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
紧急制动模块，用于确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，
移动授权计算单元向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
进一步的，移动授权计算单元还包括条件确定模块，条件确定模块，用于确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点。
进一步的，所述危险点包括占用类危险点、阻挡类危险点。
进一步的，条件确定模块用于确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
进一步的，移动授权计算单元还包括校验模块，校验模块，用于对接收的输入信息进行融合并校验；所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息。
本发明的磁悬浮列车自主运算移动授权方法、系统，对传统信号系统进行功能分配，减少轨旁设备，降低中低速磁悬浮信号系统建设及后期运营维护成本；将传统车-地-车的通信传输环节，转变为地-车通信传输，减少了通信延迟，提高了系统响应速度；根据磁浮线路运营特点及环境特点，选用固定闭塞制式，减少磁浮环境对列车定位精度不利影响，提高系统可用性；列车自主计算移动授权，由传统的集中控制(ZC)向分散控制转变，降低单点故障对系统影响，从而提高系统可用性；改变了传统系统车载设备需根据ZC移动授权中障碍物状态结合列车自身包络位置，调整防护点的缺陷，本发明在车载设备中集中处理所有移动授权相关信息，避免通信延迟造成的干扰，增加对障碍物防护判断的准确性，提高系统可用性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了传统的CBTC系统的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中的磁悬浮列车自主运算移动授权方法流程示意图；
图3示出了本发明实施例中的中低速磁悬浮自主运行控制系统架构示意图；
图4示出了本发明实施例中的中低速磁浮的列车自主移动授权运算步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明提出的适用于中低速磁悬浮的列车自主移动授权运算方法，首先通过对既有系统进行功能重新分配，优化系统架构。改变传统的区域控制器(ZC，ZoneController)作为控制中心，计算辖区内所有列车的移动授权；VOBC(Vehicle On-Boardontroller，车载控制器)作为车载控制器，向区域控制器周期性汇报车辆当前运行状态，并根据ZC下达的移动授权计算列车控速曲线的方式，本发明去除掉区域控制器和计算机联锁，通过将原区域控制器承担的移动授权计算等功能按系统设计重新进行分配。
适用于中低速磁悬浮的自主运行控制系统的(以下简称自主运行控制系统)架构主要改变在于：去除ZC(设备，原ZC承担移动授权计算等功能按系统设计重新进行分配至车载控制器或STC(安全控制器Safety Controller)中，VOBC与STC全线无线通信，共同完成原ZC部分功能；去除CBI(计算机联锁Computer Based Interlocking)设备，STC通过轨旁目标控制器完成进路、道岔、信号机、屏蔽门的控制，完成道岔、屏蔽门和紧急按钮状态等监视相关功能。
图3示出了本发明实施例中的中低速磁悬浮自主运行控制系统架构示意图，图3中，TIAS(行车综合自动化系统Train Integrated Automation System)子系统中设置有ATS(列车自动监督系统Automatic Train Supervision)子系统，ATS子系统与STC通信连接，ATS子系统通过车地无线通信网络与车载设备连接，STC通过车地无线通信网络与车载设备连接，其中，ATS子系统、STC为轨旁设备，ATS子系统将运营计划信息通过车地无线通信网络发送给车载设备，ATS子系统还将进路控制信息发送给STC设备，STC设备将轨旁设备状态信息通过车地无线通信网络发送给车载设备，车载设备中的VOBC计算列车移动授权，车载设备通过车地无线通信网络将控制信息、信息机关联状态信息发送给STC，STC设备将站场表示信息发送给ATS子系统，车载设备还通过车地无线通信网络将列车及车载状态信息发送给ATS子系统。
结合中低速磁浮实际运营密度较低的需求，自主运行控制系统采用固定闭塞制式的方式，降低传统CBTC系统对列车定位精确度的严重依赖，进而降低磁浮线路电磁环境干扰应答器、环线等设备的负面影响，同时可简化控制系统的实现，进一步提高系统的可用性。
基于本发明实施例中关于系统结构的改进及制式的选择，图4示出了本发明实施例中的中低速磁浮的列车自主移动授权运算步骤流程图，中低速磁浮的列车自主移动授权运算包括以下步骤：
步骤1：车载设备中的移动授权计算单元接收来自其他设备的输入信息，信息包括：进路信息、区段信息、道岔信息、列车信息、障碍物信息及线路信息等，融合并校验所有输入信息；
步骤2：车载设备中的移动授权计算单元判断是否满足升级至CTC(连续式列车控制Continuous Train Control)等级控车的前提条件；
具体的，移动授权计算单元判断是否满足升级至CTC等级控车的前提条件包括：车载设备预选等级为CTC等级；且车载设备根据列车信息、测速测距信息等，计算得到列车在电子地图中的位置及安全包络；且车载设备通过人工或自动确认本车所在闭塞区段前方不存在其他列车。
通过人工确认方式进行确认时：列车最小安全前端距离前方下一闭塞区段始端信号机距离小于安全目视距离，且前方下一闭塞区段空闲，且驾驶员按压“前方空闲”按钮。
通过自动确认方式进行确认时：列车最小安全前端距离前方下一闭塞区段始端信号机距离小于筛选阈值，且前方闭塞区段空闲。筛选阈值的计算方式为：筛选阈值＝min((最小运营车长-运营车列车悬垂-最高车速*计轴等效占用延时)，(最小非运营车长-非运营车列车悬垂-最高车速*计轴等效占用延时))。
步骤3：若判断不满足升级至CTC等级控车，车载设备中的移动授权计算单元不计算行车许可；
步骤4：若判断具备升级至CTC等级控车的前提条件，车载设备中的移动授权计算单元由近及远，遍历匹配列车前方线路上的所有占用类危险点和阻挡类危险点。
占用危险点包括：占用区段的入口等；阻挡类危险点包括：进路末端、车档、信号机、PSD(屏蔽门、Platform screen doors)防护区域入口、ESB(紧急按钮、Emergency StopButton)防护区域入口、SPKS(人防开关Staff Protection Key Switch)防护区域入口等。
步骤5：车载设备中的移动授权计算单元根据危险点信息计算障碍点及安全防护点。
具体的，障碍点：当移动授权最后一条进路保护区段有效时，取主进路内最后一个区段的终点，保护区段无效时，取安全侧无效值；
安全防护点：在步骤4计算查找的占用类危险点和阻挡类危险点的基础上，预留一定设备安装相关的安全余量。
步骤6：车载设备中的移动授权计算单元校验移动授权范围(移动授权起点至安全防护点)是否可以覆盖列车安全包络；
步骤7：若移动授权范围可覆盖列车安全包络，车载设备中的移动授权计算单元添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
步骤8：车载设备中的移动授权计算单元校验列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否可满足车载设备升级CTC级别后不触发紧急制动；
步骤9：满足上述校验准则后，则车载设备中的移动授权计算单元将移动授权输出给车载设备其他模块，车载设备进入后备等级:ITC(点式列车控制Intermite TrainControl)、ILC(联锁控制Interlocking Control)；不满足上述校验准则，则车载设备中的移动授权计算单元不向车载设备中的其他单元输出移动授权。
本发明的实施例中公开了一种磁悬浮列车自主运算移动授权方法，图2示出了本发明实施例中的磁悬浮列车自主运算移动授权方法流程示意图，图2中，方法流程包括列车自动监督设备将运营计划信息发送给车载设备，并将进路信息发送给安全控制器；安全控制器接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；车载设备根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权。
具体的，车载设备计算列车移动授权包括以下步骤：
确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，则向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
具体的，确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络前还包括：
确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点；所述危险点包括占用类危险点、阻挡类危险点。
具体的，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，包括：确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并；通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
具体的，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件还包括对接收的输入信息进行融合并校验；所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息。
本发明实施例中还提供一种磁悬浮列车自主运算移动授权系统，所述系统包括列车自动监督设备、安全控制器、车载设备；
列车自动监督设备，用于将运营计划信息发送给车载设备，还用于将进路信息发送给安全控制器；
安全控制器，用于接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；
车载设备，用于根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权。
具体的，车载设备包括移动授权计算单元，所述移动授权计算单元用于根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权；所述运营计划信息包括列车信息、线路信息；所述轨旁设备状态信息包括区段信息、道岔信息、障碍物信息。
具体的，移动授权计算单元包括包络确定模块、紧急制动模块，
包络确定模块，用于确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
紧急制动模块，用于确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，
移动授权计算单元向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
具体的，移动授权计算单元还包括条件确定模块，条件确定模块，用于确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点。
具体的，条件确定模块用于确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
具体的，移动授权计算单元还包括校验模块，校验模块，用于对接收的输入信息进行融合并校验；所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息。
本发明的磁悬浮列车自主运算移动授权方法、系统，对传统信号系统进行功能分配，减少轨旁设备，降低中低速磁悬浮信号系统建设及后期运营维护成本；将传统车-地-车的通信传输环节，转变为地-车通信传输，减少了通信延迟，提高了系统响应速度；根据磁浮线路运营特点及环境特点，选用固定闭塞制式，减少磁浮环境对列车定位精度不利影响，提高系统可用性；列车自主计算移动授权，由传统的集中控制(ZC)向分散控制转变，降低单点故障对系统影响，从而提高系统可用性；改变了传统系统车载设备需根据ZC移动授权中障碍物(PSD、ESB、SPKS)状态结合列车自身包络位置，调整防护点的缺陷，本发明在车载设备中集中处理所有移动授权相关信息，避免通信延迟造成的干扰，增加对障碍物防护判断的准确性，提高系统可用性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种磁悬浮列车自主运算移动授权方法，其特征在于，所述方法包括：
列车自动监督设备将运营计划信息发送给车载设备，并将进路信息发送给安全控制器；
安全控制器接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；
车载设备根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权；
其中，列车自动监督设备和安全控制器为轨旁设备，去除原区域控制器和计算机联锁设备；
车载设备计算列车移动授权包括以下步骤：
确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，
则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，
则向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车自主运算移动授权方法，其特征在于，确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络前还包括：
确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，
则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮列车自主运算移动授权方法，其特征在于，所述危险点包括占用类危险点和阻挡类危险点。
4.根据权利要求2或3所述的磁悬浮列车自主运算移动授权方法，其特征在于，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，包括：
确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
5.根据权利要求2所述的磁悬浮列车自主运算移动授权方法，其特征在于，确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件还包括对接收的输入信息进行融合并校验；
所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息和轨旁设备状态信息。
6.一种磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，所述系统包括列车自动监督设备、安全控制器、车载设备；
列车自动监督设备，用于将运营计划信息发送给车载设备，还用于将进路信息发送给安全控制器；
安全控制器，用于接收进路控制信息，并将进路信息、轨旁设备状态信息发送给车载设备；
车载设备，用于根据运营计划信息、进路信息、轨旁设备状态信息计算列车移动授权；
其中，列车自动监督设备和安全控制器为轨旁设备，去除原区域控制器和计算机联锁设备；
移动授权计算单元包括包络确定模块、紧急制动模块，
包络确定模块，用于确定移动授权的范围是否能够覆盖列车安全包络，若是，则添加移动授权范围内的临时限速及路径信息；
紧急制动模块，用于确定列车最大安全前端距离移动授权终点的长度，是否满足车载设备升级连续式列车等级控车级别后不触发紧急制动，若是，
移动授权计算单元向车载设备中的其余单元输出该移动授权。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，
车载设备包括移动授权计算单元，所述移动授权计算单元用于根据运营计划信息、进路信息和轨旁设备状态信息计算列车移动授权；
所述运营计划信息包括列车信息和线路信息；
所述轨旁设备状态信息包括区段信息、道岔信息和障碍物信息。
8.根据权利要求6所述的磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，移动授权计算单元还包括条件确定模块，
条件确定模块，用于确定列车是否满足升级至连续式列车控制等级的前提条件，若是，则遍历匹配进路上的危险点，并根据危险点计算障碍点及安全防护点。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，所述危险点包括占用类危险点、阻挡类危险点。
10.根据权利要求8或9所述的磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，
条件确定模块用于确定列车在电子地图中的位置及安全包络，并通过人工或自动确认列车所在闭塞区段前方空闲。
11.根据权利要求8所述的磁悬浮列车自主运算移动授权系统，其特征在于，移动授权计算单元还包括校验模块，
校验模块，用于对接收的输入信息进行融合并校验；所述接收的输入信息包括运营计划信息、进路信息和轨旁设备状态信息。
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